Методика розрахунку перетворювача напруги

Вихідні дані:

напруга джерела живлення Е;

величина випрямленої напруги на виході перетворювача Uо;

випрямлений струм на виході перетворювача Іо;

коефіцієнт пульсації випрямленої напруги К_П.

У результаті розрахунку буде визначено:

робочу частоту автогенератора;

тип транзисторів;

матеріал, розміри і форму осердя трансформатора;

число витків обмоток трансформатора;

діаметри проводів обмоток;

величини опорів і ємність конденсатора, що входять у схему автогенератора;

к. к. д. перетворювача.

1. Вибирається робоча частота автогенератора. При виборі робочої частоти автогенератора необхідно врахувати, що зі збільшенням частоти легше здійснити згладжування пульсацій у фільтрі випрямляча, однак втрати в осерді трансформатора зростають. Виходячи з цього, найбільше доцільно вибрати робочу частоту порядку 0,5…2 кГц.

2. Визначається потужність на виході автогенератора:

3. Знаходимо максимальне значення колекторного струму кожного транзистора:

Приймаючи к. к. д. перетворювача η = 0,7.

4. Визначається максимальна напруга між колектором і емітером кожного транзистора:

5. Визначається максимальне значення потужності, що виділяється на одному транзисторі:

6. Вибирається тип транзисторів. При виборі транзисторів необхідно забезпечити так, щоб максимально-допустимі потужність напруга і струм транзистора були більші чим розраховані.

7. Знаходимо габаритну потужність трансформатора

8. Вибирається осердя трансформатора. Матеріал осердя трансформатора повинен мати малі втрати на гістерезис. Величина втрат визначається площею петлі гістерезиса. Тому для трансформатора варто вибирати матеріал з вузької і по можливості прямокутною петлею гістерезиса (рис. 5). Як матеріал осердя звичайно використовують електротехнічну сталь (Э42, Э44, Э310) чи пермалой (50НП, 65НП, 34НКМП) з високою індукцією насичення В_m.

Рисунок 5 – Прямокутна петля гістерезіса

У будь-якому випадку трансформатор повинен мати як можна меншу індуктивність розсіювання. З цього погляду тороїдальні трансформатори краще, ніж трансформатори на стержневих чи броньових осердях.

У табл. 4 приведені осердях значення B_m для деяких магнітних матеріалів із вказівкою способу зборки і форми осердя.

Таблиця 4 – Основні дані деяких магнітних матеріалів

Матеріал	Товщина, мм	Конструкція і тип осердя	Середнє значення В, тл
Э42	0,35	Броневий Ш-9	0,85
Э44	0,2	Броневий Ш-9	0,9
Э310	0,08	Стрічковий розрізний Ш-9	1,0
50НП	0,05	Тороїдальний нерозрізний	1,5
65НП	0,05	Тороїдальний нерозрізний	1,3
34НКМП	0,05	–	1,5

Розміри осердя трансформатора можна вибрати, користаючись формулою:

де S_С – повний перетин стержня осердя, см²;

S_В – площа вікна, зайнята обмотками одного стержня, см²;

Р – габаритна потужність трансформатора, ва;

δ – густина струму в обмотці;

η_ТР – к. к. д. трансформатора;

S – число стержнів;

К_С – коефіцієнт заповнення перетину осердя сталлю;

K_М – коефіцієнт заповнення вікна міддю обмотки;

В_m – індукція насичення осердя, тл.

Якщо обмотки трансформатора виконуються проводом у термостійкій ізоляції (ПЭЛ чи ПЭВ), то допстима густина струму в обмотках складає δ=4 а/мм². Для однофазних перетворювачів обмотки звичайно розміщаються на одному стрижні (S = 1).

Якщо прийняти, що товщина намотування стрічки а в 2 рази менше внутрішнього діаметра d осердя і в 1,5 рази менше ширини стрічки с (рис. 6), то величину а можна знайти з виразу:

Рисунок 6 – Тероїдальне осердя трансформатора

9. Знаходиться число витків половини колекторної обмотки:

10. Визначається число витків половини базової обмотки:

11. Знаходиться число витків вихідної обмотки:

12. Діюче значення струму колекторної обмотки:

13. Діюче значення струму базової обмотки:

де В – коефіцієнт підсилення по струму транзистора.

14. Визначаються діаметри проводів обмоток трансформатора (без ізоляції):

де d – діаметр проводу обмотки, мм;

I – діюче значення струму відповідної обмотки, а;

δ – допустима густина струму в обмотках (δ = 4 а/мм²).

15. З додатку 2 вибираються стандартні діаметри проводів обмоток з ізоляцією.

16. Визначається орієнтована величина опору R1:

17. Знаходиться величина опору R2:

Величина U_R1 приймається в межах 0,5...1 В.

18. Вибирається ємність конденсатора С. Конденсатор С згладжує пульсації напруги, що з'являються під час перемикання транзисторів (особливо при холостому ході). Ємність конденсатора С вибирається в межах 0,25...1 мкФ.

19. Визначається додаткова витрата струму від джерела живлення на резистори R1 і R2:

20. Розраховуємо потужність, що розсіюється на резисторах R1 і R2:

З довідника вибираються стандартні значення.

21. Знаходиться повний струм, споживаний від джерела живлення:

22. Уточнюється к. к. д. перетворювача:

Рисунок 7 – Схема розрахованого перетворювача